集中式基于光纤的无线微微蜂窝系统及方法

专利名称：集中式基于光纤的无线微微蜂窝系统及方法
技术领域：
本发明总体上涉及无线通信系统，尤其涉及集中式基于光纤的无
线系统及采用光纤载射频(RF)传输的方法。
背景技术：
无线通信快速增长，对高速移动数据通信的需求也日益增加。作
为例子，所谓的"无线保真度"或"WiFi"系统和无线局域网(WLAN)均部署在许多不同类型的区域(咖啡店、机场、图书馆等)。无线通信系统与称为"客户机"的无线设备通信，所述客户机必须位于无线范围或"小区覆盖区域"内以与接入点设备通信。
部署无线通信系统的一种方法包括使用"微微蜂窝小区"，其是具有几米最多约20米半径范围的射频(RF)覆盖区域。由于微微蜂窝小区覆盖小的区域，通常每个微微蜂窝小区只有几个用户(客户机)。当由传统基站产生的较大小区覆盖时，微微蜂窝小区使能在小的区域进行选择性无线覆盖，要不然这些小的区域将具有较差的信号强度。
在传统无线系统中，微微蜂窝小区由连接到前端控制器的无线接入点设备创建并以所述无线接入点设备为中心。无线接入点设备包括数字信息处理电路、RF发射器/接收器、及连接到RF发射器/接收器的天线。给定微微蜂窝小区的大小由接入点设备传输的RF功率量、接收器灵敏度、天线增益及RF环境确定，及由无线客户设备的RF发射器/接收器灵敏度确定。客户设备通常使用固定的RF接收灵敏度，从而接入点设备的上述特性主要确定微微蜂窝小区大小。将连接到前端控制器的多个接入点设备结合可产生微微蜂窝小区阵列，其覆盖称为"微微蜂窝覆盖区"的区域。密集的微微蜂窝小区阵列在微微蜂窝覆盖区提供高的每用户数据吞吐量。现有技术无线系统和网络为基于导线的信号分布系统，其中接入点设备被当作连接到中心位置的分开的处理装置。这使得无线系统/网络相当复杂且难于测量，特别是在许多微微蜂窝小区需要覆盖大的区域时更是如此。此外，在接入点设备进行的数字信息处理需要这些设备由前端控制器启动和控制，这使为产生大的微微蜂窝覆盖区的大量接入点设备的分布和使用更加复杂。

发明内容
本发明一方面为用于与一个或多个客户设备无线通信的集中式基于光纤的无线微微蜂窝系统。该系统包括布置在中心位置如中心前端站的多个服务单元。所述中心位置包括多个电光(E/0)转换器和光电(O/E)转换器，这些转换器经相应的一个或多个下行链路复用器和一个或多个上行链路复用器电连接到所述服务单元。所述系统还包括多个转发器，每一转发器经相应的下行链路和上行链路光纤光连
接到所述中心位置处的一个E/0转换器和一个O/E转换器。每一转
发器形成微微蜂窝小区，其经对应的下行链路和上行链路光纤将一个、部分或所有服务单元置于与给定微微蜂窝小区内的一个或多个客
户设备射频(RF)通信。
本发明的另一方面为用于与一个或多个客户设备无线通信的集中式基于光纤的无线微微蜂窝系统。该系统包括具有一个或多个服务单元的集中式前端站。该系统还包括一个或多个转发器，每一转发器适于将光纤RF服务信号转换为由相应的转发器形成的微微蜂窝小区传输的电磁RF服务信号，反之亦然。该系统具有一个或多个光纤RF通信链路，其将一个或多个转发器光学上连到一个或多个服务单元中的每一个。所述一个或多个服务单元在一个或多个光纤RF通信链路上将服务信号发送给一个或多个转发器。这使得一个或多个转发器在相应的一个或多个光纤RF通信链路上传输和接收电磁服务信号并将给定微微蜂窝小区内的一个或多个客户设备发射的服务信号转回给一个或多个服务单元中的一个、部分或全部。
6本发明的另一方面为与一个或多个客户设备通信的、基于光纤的 无线微微蜂窝方法。该方法包括在相应的一个或多个光纤RF通信链 路上将来自中心前端站中的一个或多个服务单元的服务信号发送给 一个或多个转发器，从而在一个或多个转发器形成的一个或多个相应 微微蜂窝小区上传输服务信号。该方法还包括在一个或多个转发器中 检测由每一相应微微蜂窝小区内的任何客户设备发射的电磁服务信
号。该方法还包括在相应的一个或多个光纤RF通信链路上将所接收
的服务信号传给一个或多个服务单元。从服务单元发送服务信号可包 括使所述信号从外面的网络通行或从系统的微微蜂窝覆盖区中的另 一客户设备导控所述信号。
本发明的另外的特征和优点将在下面的详细描述中提出，且本领 域技术人员从该描述可明显看出或通过按在此所述的(包括下面的详 细描述、权利要求及附图)实施本发明而意识到。
应当理解，前面的概括描述和下面的详细描述均呈现本发明的实 施方式，且意于提供用于理解本发明的实质和特征的概览或框架。包 括附图以提供对本发明的进一步理解，且其构成本说明书的一部分。 附图示出了本发明的多个实施例，连同在此进行的描述一起用于阐释 本发明的原理和运行。
因此，为易于说明和图示，多个基本电子电路元件和信号调节部
件如偏置T形器、RF滤波器、放大器、功率分配器等均未在图中示 出。所述基本电子电路元件及部件应用于本发明的系统对本领域技术 人员显而易见。


图1为根据本发明的基于光纤的无线微微蜂窝系统的一般实施 例的示意图，其示出了经光纤RF通信链路光连接到转发器的前端单 元及转发器形成的微微蜂窝小区和该微微蜂窝小区内的客户设备。
图2为图1的系统的实施例的详细示意图，其示出了前端单元、 光纤RF通信链路和转发器的细节。图3为图2的无线系统的转发器的另一实施例的特写图，其中转 发器包括发射天线和接收天线。
图4为根据本发明的基于光纤的无线微微蜂窝系统的实施例的 示意图，其使用中心前端站和沿光缆布置的多个转发器。
图5为图4的系统的中心前端站的实施例的详细示意图。
图6为图4的系统的光缆的特写剖视图，其示出了两个转发器、
下行链路和上行链路光纤、及对转发器供电的电源线。
图7为光缆中的转发器之一的特写图，其示出了相应的微微蜂窝
小区及转发器和微微蜂窝小区内的客户设备之间的电磁RF服务信号交换。
图8为基于光纤的微微蜂窝系统的实施例的示意图，其包括中心 前端站和多个光缆。
图9为图8的系统的"自顶向下视图"，其示出了由多个光缆产 生的扩大的微微蜂窝覆盖区。
图10为图示实施例的建筑物基础设施的剖视图，其中本发明的 基于光纤的无线微微蜂窝系统结合在所述建筑物基础设施中。
图11为多段光缆的实施例使用在图IO的系统中以遍布建筑物基 础设施分布转发器的示意图。
图12为图10的建筑物基础设施的第二层的示意平面图，其示出 了怎样从多光缆连接器分出三根光缆以对第二层产生扩大的微微蜂
窝覆盖区o
具体实施例方式
下面详细参考本发明目前的优选实施方式，其例子在附图中图 示。只要可能，相同或类似附图标记在所有附图中均用于指相同或相 似部分。
I.通用基于光纤的无线系统
图1为根据本发明的基于光纤的无线微微蜂窝系统10的通用实 施例的示意图。系统10包括前端单元20、转发器单元("转发器")30和使所述前端单元光连接到所述转发器的光纤RF通信链路36。 如下面详述的，系统10具有实质上以转发器30为中心的微微蜂窝小 区40。前端单元20适于执行或促进多种光纤载RF应用中的任一应 用，如射频识别(RFID)、无线局域网(WLAN)通信、或移动电 话服务。在微微蜂窝小区40内示出了计算机形式的客户设备45。客 户设备45包括适于接收和/或发送电磁RF信号的天线46(如无线卡)。
图2为图1的系统10的实施例的详细示意图。在该实施例中， 前端单元20包括为特定无线服务或应用提供电RF服务信号的服务 单元50。在该实施例中，服务单元50通过使信号从一个或多个外面 的网络223通过(或先信号调节然后通过)而提供电RF服务信号， 如下所述。在特定实施例中，这包括按IEEE802.il标准中规定的提 供WLAN信号分布，即在从2.4-2.5GHz到5.0-6.0GHz的频率范围中 提供WLAN信号分布。在另一实施例中，服务单元50通过直接产生 信号而提供电RF服务信号。在另一实施例中，服务单元50在微微 蜂窝覆盖区44内的客户设备之间协调电RF服务信号的传送。
服务单元50电连接到电光(E/0)转换器60，该电光转换器从 服务单元接收电RF服务信号并将其转换为相应的光信号，如下详细 所述。在实施例中，E/O转换器60包括适于对本发明的光纤载RF应 用传送足够的动态范围的激光器，及可选地包括电连接到所述激光器 的激光器驱动器/放大器。用于E/0转换器60的适当激光器的例子包 括激光二极管、分布式反馈(DFB)激光器、Fabry-Perot (FP)激光 器、及垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
前端单元20还包括电连接到服务单元50的光电(0/E)转换器 62。 0/E转换器62接收光RF服务信号并将其转换为相应的电信号。 在实施例中，0/E转换器为光检测器或电连接到线性放大器的光检测 器。E/O转换器60和0/E转换器62构成"转换器对"66。
在实施例中，服务单元50包括用于调制/解调RF信号的RF信 号调制/解调单元70、数字信号处理单元("数字信号处理器")72、 用于处理数据和执行逻辑及计算运算的中央处理单元(CPU) 74、及
9用于保存数据如将在WLAN上传输的RFID标签信息或数据的存储 器单元76。
继续参考图2，转发器30包括转换器对66，其中E/0转换器60 和0/E转换器62经RF信号导控元件106如循环器电连接到天线100 。 信号导控元件106用于导控下行链路和上行链路电RF服务信号，如 下所述。
图3为转发器30的另一实施例的特写图，其包括两个天线电 连接到O/E转换器62的发射天线100T和电连接到E/0转换器60的 接收天线100R。双天线实施方式避免了对RF信号导控元件106的需要。
本发明的转发器30与同无线通信系统相关联的典型接入点设备 不同，因为转发器的优选实施例只有几个信号调节元件及没有数字信 息处理能力。而是，信息处理能力位于远处的前端单元20中，在特 定例子中，位于服务单元50中。这使转发器30非常紧凑且实质上免 维护。此外，转发器30的优选实施例耗用非常小的功率，对RP信 号透明，及不需要局部电源，如下所述。
再次参考图2，光纤RF通信链路36的实施例包括具有输入端 138和输出端140的下行链路光纤136D及具有输入端142和输出端 144的上行链路光纤136U。下行链路和上行链路光纤136D和136U 将前端单元20处的转换器对66光连接到转发器30处的转换器对。 具体地，下行链路光纤输入端138光连接到前端单元20的E/0转换 器60，而输出端140光连接到转发器30处的O/E转换器62。类似地， 上行链路光纤输入端142光连接到转发器30的E/0转换器60，而输 出端144光连接到前端单元20处的O/E转换器62。
在实施例中，本发明的基于光纤的无线微微蜂窝系统IO采用已 知电信波长，如850nm、 1300nm或1550nm。在另一实施例中，系统 10采用其它不太常用但适当的波长如980nm。
系统10的实施例包括单模光纤或多模光纤用于下行链路和上行 链路光纤136D和136U。光纤的特别类型取决于系统10的应用。对
10于许多建筑内部署应用，最大传输距离通常不超过300米。当考虑使
用多模光纤用于下行链路和上行链路光纤136D和136U时，需要考 虑预定光纤载RF传输的最大长度。例如，己表明1400MHz.km多模 光纤带宽距离产品足以进行长达300米的5.2GHz传输。
在实施例中，本发明采用50 pm多模光纤用于下行链路和上行链 路光纤136D和136U，及采用在850nm工作的E/O转换器60，其使 用可通过商业途径获得的规定用于10Gb/s数据传输的VCSEL。在更 特殊的实施例中，0M3 50 )im多模光纤用于下行链路和上行链路光 纤136D和136U。
无线系统10还包括产生电功率信号162的电源160。电源160 电连接到前端单元20以对其中的耗电元件供电。在实施例中，电源 线168穿过前端单元并到达转发器30以对转换器对66中的E/0转换 器60和0/E转换器62、可选的RF信号导控元件106 (除非兀件106 为无源器件如循环器)、及任何其它耗电元件(未示出)供电。在实 施例中，电源线168包括两根导线170和172，其携载单一电压并电 连接到转发器30处的DC功率变换器180。 DC功率变换器180电连 接到E/O转换器60和O/E转换器62，并将电功率信号162的电压或 电平改变为转发器30中的耗电元件所需要的功率电平。在实施例中， DC功率变换器180是DC/DC功率变换器或AC/DC功率变换器，取 决于电源线168携载的功率信号162的类型。在实施例中，电源线 168包括在标准电信及其它应用中使用的标准电功率携载电导线如 18-26AWG (美国线规)。在另一实施例中，电源线168 (虚线)直接 从电源160连到转发器30而不是从或通过前端单元20。在另一实施 例中，电源线168包括两根以上的导线并携载多个电压。
在实施例中，前端单元20经网络链路224连接到外面的网络223 。
运行方法
参考图1和图2的基于光纤的无线微微蜂窝系统10，服务单元 50产生对应于其特定应用的电下行链路RF服务信号SD ("电信号 SD")。在实施例中，这由提供RF信号调制器72的数字信号处理器70完成，电信号(未示出)调制到RF载体上以产生所需电信号SD。
电信号SD由E/O转换器60接收，其将该电信号转换为对应的 光下行链路RF信号SD'("光信号SD'")，该信号进而接入输入端 138处的下行链路光纤136D。在此应注意，在实施例中，调整光信 号SD'以具有给定的调制指数。此外，在实施例中，控制E/0转换器 60的调制功率(例如通过一个或多个增益控制放大器，未示出)以 改变天线100的发射功率。在实施例中，改变提供给天线100的功率 量以确定相关联微微蜂窝小区40的大小，在实施例中，其为从约1 米到约20米的范围中的任何地方。
光信号SD'在下行链路光纤136上传到输出端140，在那里其由 转发器30中的0/E转换器62接收。0/E转换器62将光信号SD'转 换回电信号SD，该电信号继而传给信号导控元件106。之后，信号 导控元件106将电信号SD导引到天线100。电信号SD被馈给天线 100，使得其辐射对应的电磁下行链路RF信号SD"("电磁信号SD"")。
由于客户设备45在微微蜂窝小区40内，电磁信号SD"由客户设 备天线46接收，所述客户设备天线可以是无线卡的一部分或移动电 话天线。天线46在客户设备中将电磁信号SD"转换为电信号SD (信 号SD未在其中示出)。之后，客户设备45处理电信号SD，例如将 信号信息保存在存储器中、将信息显示为电子邮件或文本消息等。
在实施例中，客户设备45产生电上行链路RF信号SU (未在客 户设备中示出)，其由天线46转换为电磁上行链路RF信号SU"("电 磁信号SU"")。
由于客户设备45位于微微蜂窝小区40内，电磁信号SU"由转发 器天线100检测至l」，天线IOO将该信号转换回电信号SU。电信号SU 由信号导控元件106导引到E/0转换器60，转换器60将该电信号转 换为对应的光上行链路RF信号SU，("光信号SU，")，之后，该信号 被连接到上行链路光纤136U的输入端142。光信号SU，在上行链路 光纤136U上传到输出端144，在那里其由前端单元20处的0/E转换 器62接收。0/E转换器62将光信号SU'转换回电信号SU，之后电信号SU被导引到服务单元50。服务单元50接收和处理信号SU，在
实施例中，其包括下述之一或多个保存信号信息；数字方式处理或
调节信号；经网络链路224将信号发送到一个或多个外面的网络223 上;及将信号发送给微微蜂窝覆盖区44中的一个或多个客户设备45。 在实施例中，信号SU的处理包括在RF信号调制/解调单元70中解 调该电信号，之后在数字信号处理器72中处理解调后的信号。 II.具有中心前端站和光缆的系统
图4为基于光纤的无线微微蜂窝系统的实施例200的示意图，其 包括中心前端站210。中心前端站210可被视为更改的前端单元20， 其适于处理多个服务单元50和多个转发器30。中心前端站210可选 地连接到包括多个转发器30的光缆220。光缆220由多个光纤RF通 信链路36构成，每一链路光连接到相应的转发器30。在实施例中， 多个转发器30沿光缆220的长度间隔开(例如，以8米间隔)以产 生由微微蜂窝小区40组成的符合需要的微微蜂窝覆盖区44，在实践 中所述微微蜂窝小区边缘重叠。
图5为中心前端控制站210的实施例的详细示意图。在实施例中， 不是将图1的多个前端单元20直接包括在前端控制站210中，而是 更改所述前端单元以使每一服务单元50根据其特定应用而能与一 个、部分或所有转发器30通信。服务单元50中的每一个电连接到 RF发射线路230和RF接收线路232。在图5中，为说明目的，六个 服务单元50A-50F中的三个被示出。
在实施例中，系统200还包括连接到服务单元50并适于控制和 协调与转发器30通信的服务单元的运行的主控制器250。在实施例 中，控制器250包括中央处理单元(CPU)252和用于保存数据的存储 器单元254。 CPU252适于(如通过编程)处理由一个或多个服务单 元50提供给控制器250的信息。在实施例中，控制器250为或包括 适于执行提供给其的或编码在其中的计算机可读介质上的指令(程 序)的可编程计算机。
中心前端站210还包括连接到控制器250的下行链路RF信号复用器("下行链路复用器")270下行链路复用器单元270具有输入侧272和输出侧274。发射线路230电连接到下行链路复用器270的输入侧272。
在实施例中，下行链路复用器270包括RF信号导控元件280 (如RF开关)，其使能在服务单元50和转发器30之间进行选择性通信，如下所述。在例子中，选择性通信包括顺序访问转发器30以轮询对应的微微蜂窝小区40。例如，当服务单元50之一为搜索微微蜂窝小区40中的RFID标签290的RFID阅读器时可使用所述顺序轮询(图4)。在实施例中，RFID标签290附着到将经所附RFID标签跟踪或监视的物品292上。在另一实施例中，选择性通信包括同时访问部分或所有转发器30。例如，当服务单元50之一为对部分或所有微微蜂窝小区40提供同时覆盖的移动电话发射器或RF信号馈通单元时可使用所述同时访问。
中心前端站210还包括连接到控制器250并具有输入侧322和输出侧324的上行链路RF信号复用器("上行链路复用器")320。接收线路232电连接到上行链路复用器320的输出侧324。在实施例中，上行链路复用器320包括RF信号导控元件328。
中心前端站210还包括组成E/0转换器阵列360的多个E/0转换器60及构成0/E转换器阵列362的相应数量的O/E转换器62。E/0转换器60经电线330电连接到下行链路复用器270的输出侧274，及光连接到相应的上行链路光纤36D的输入端138。 O/E转换器62经电线332电连接到上行链路复用器320的输入侧324，及光连接到相应的上行链路光纤36U的输出端144。下行链路光纤136D构成下行链路光缆378，上行链路光纤136U构成上行链路光缆380。
图6为示出下行链路和上行链路光纤36D和36U及转发器30中的两个的光缆220的特写示意图。还示出了电连接到转发器30的电源线168。在实施例中，光缆220包括保护性外套344。
运行方法
参考图4、 5和6，基于光纤的无线微微蜂窝系统200按如下运
14行。在中心前端站210，服务单元50A、 50B...50F中的每一个产生对应于其特定应用的电信号SD或使所述电信号从一个或多个外面的网络223通过。电信号SD在RF发射线路230上传到下行链路复用器270。之后，下行链路复用器270结合(按频率)不同的信号SD并分配给E/0转换器阵列360中的E/O转换器60。在实施例中，下行链路复用器270和其中的RF信号导控元件280由控制器250经控制信号SI进行控制以基于特定服务单元应用将信号SD导引到E/O转换器阵列360中的一个、部分或所有E/O转换器60，因而导引到一个、部分或所有转发器30。例如，如果服务单元50A为移动电话单元，则在实施例中，来自那里的信号SD (如使从一个或多个外面的网络223通过)由RF信号导控元件280均等地分开(及可选地放大)并提供给E/O转换器阵列360中的每一E/O转换器60。这导致每一转发器30均被访问。另一方面，如果服务单元50F为WLAN服务单元，则RF信号导控元件280可被调整(如编程)以将信号SD导引到E/O转换器阵列360中的所选E/0转换器60，从而只有所选转发器30被访问。
因此，E/O转换器阵列360中的一个、部分或所有E/0转换器60从下行链路复用器270接收电信号SD。 E/0转换器阵列360中的被访问E/0转换器60将电信号SD转换为相应的光信号SD'，该光信号在相应的下行链路光纤136D上传给相应的转发器30。被访问的转发器30将光信号SD'转换回电信号SD，之后所述电信号被转换为对应于特定服务单元应用的电磁信号SD"。
图7为光缆220中的转发器30之一的特写图，其示出了相应的微微蜂窝小区40及该微微蜂窝小区内的转发器和客户设备44之间的下行链路和上行链路电磁信号SD"和SU"的交换。具体地，电磁信号SU"由相应的转发器30接收并转换为电信号SU，然后转换为光信号SD'。之后，光信号SD，在上行链路光纤136U上传播并由0/E转换器阵列362及其中用于被访问转发器30的对应O/E转换器62接收。0/E转换器60将光信号SU'转换回电信号SU，其然后传给上行链路复用器320。接着，上行链路复用器320将电信号SU分配给要求接收这些电信号的服务单元50。接收服务单元50处理信号SU，在实施例中其包括下述之一或多个保存信号信息；以数字方式处理或调节信号;经网络链路224将信号发送到一个或多个外面的网络223上；及将信号发送给微微蜂窝覆盖区44中的一个或多个客户设备45。
在实施例中，上行链路复用器320和其中的RF信号导控元件328由控制器250经控制信号S2进行控制以将电信号SU导引到要求接收电信号SU的服务单元50。
在实施例中，来自部分或所有服务单元50的不同服务(即移动电话服务、用于数据通信的WiFi、 RFID监视等)通过频率多路传输组合在RF信号电平处。
在实施例中，来自中心控制站210处的电源160的单一电源线168组合在光缆220内并适于向每一转发器30供电，如图6中所示。每一转发器30如经DC变换器180 (图2)使所需功率量流出。由于转发器30的优选实施例具有相当低的功能性功耗，因而只需要相对低的电功率水平(如约l瓦特)，从而使高规线(如20AWG或更高)可用于电源线168。在光缆220中使用许多(如12个以上)转发器30的实施例中，或者如果转发器30的功耗由于其特定设计而明显大于1瓦特时，在电源线168中采用低规线或多根导线。沿光缆220内的电源线168的不可避免的压降通常要求在每一转发器30处进行大范围(约30伏特)的电压调节。在实施例中，每一转发器30处的DC功率变换器180实现该电压调节功能。如果预期压降已知，则在实施例中，控制器250完成所述电压调节。在备选实施例中，在每一转发器30处使用远程电压检测，但该方法并不是优选方法，因为其增加了系统的复杂性。
III.具有多光缆的集中式系统
图8为根据本发明的集中式基于光纤的无线微微蜂窝系统的实施例400的示意图。系统400与上面所述的系统200类似，但包括光连接到中心前端站210的多根光缆220。中心前端站210包括多个E/0转换器阵列360及相应数量的0/E转换器阵列362，它们成对排列在 转换器阵列单元410中， 一个转换器阵列单元光连接到一根光缆220。 同样，系统400包括多个下行链路复用器270和上行链路复用器320， 它们成对排列在复用器单元414中， 一个复用器单元电连接到一个转 换器阵列单元410。在实施例中，控制器250电连接到每一复用器单 元414并适于控制其中的下行链路和上行链路复用器270和320的运 行。在此，术语"阵列"并不限于如本领域通常进行的、集成在单一 芯片上的元件，而是包括离散的、非集成的元件的排列。
每一 E/0转换器阵列360电连接到相应的复用器单元414中的下 行链路复用器270。同样，每一 0/E转换器阵列362电连接到相应复 用器单元414中的上行链路复用器320。服务单元50中的每一个电 连接到每一复用器单元414内的下行链路和上行链路复用器270和 320。下行链路和上行链路光缆378和380将每一转换器阵列单元410 光连接到相应的光缆220。在实施例中，中心前端站210包括连接器 端口 420，光缆220包括适于连接到所述连接器端口的连接器422。 在实施例中，连接器422为MT ("机械传递")连接器，如可从北 卡罗来纳州Hickory的Coming Cable Systems, Inc.获得的UNICAM MTP连接器。在实施例中，连接器422适于容纳连接到端口 420的 电源线168。
图9为系统400的"自上向下"视图，其示出了通过使用多根光 缆220形成的扩大的微微蜂窝覆盖区44。在实施例中，系统400支 持两个到数百个的转发器30，甚至支持数千个转发器。所采用的转 发器的具体数量基本不受系统400的设计限制，而是受具体应用限 制。
运行方法
系统400以与如上所述的系统200类似的方式运行，但转发器 30不是处于单一光缆220中，而是通过使用相应的两个或两个以上 转换器阵列单元410分布在两根或两根以上光缆上。来自服务单元 50的电信号SD被分配给每一复用器单元414。其中的下行链路复用器270根据哪些转发器将被哪一服务单元访问而将电信号SD传给一
个、部分或所有转换器阵列单元410。之后，电信号SD按如上所述 进行处理，下行链路光信号SD，发送给一个、部分或所有转发器30。 由相应微微蜂窝小区40中的客户设备产生的上行链路光信号SU，返 回到中心前端站210处的相应转换器单元410。光信号SU'在接收转 换器单元410处转换为电信号SU然后发送给相应复用器单元414中 的上行链路复用器320。其中的上行链路复用器320被调整(如通过 控制器250编程)以将电信号SU导引到要求接收电信号SU的服务 单元50。接收服务单元50处理信号SU，如上所述在实施例中，其 包括下述之一或多个保存信号信息；以数字方式处理或调节信号； 经网络链路224将信号发送到一个或多个外面的网络223上；及将信 号发送给微微蜂窝覆盖区44中的一个或多个客户设备45。 IV.用于建筑物基础设施的集中式系统
图10为建筑物基础设施500的示意剖视图，其总体上表示本发 明的基于光纤的无线微微蜂窝系统在其中有用的任何类型的建筑物， 如办公建筑、学校、医院、大学建筑、机场。仓库等。建筑物基础设 施500包括第一 (地面)层501、第二层502、和第三层503。第一 层501由地板510和天花板512确定，第二层502由地板520和天花 板522确定，及第三层503由地板530和天花板532确定。集中式基 于光纤的无线微微蜂窝系统400的例子组合在建筑物基础设施500中 以提供覆盖楼层501、 502和503的微微蜂窝覆盖区44。
在实施例中，系统400包括具有多个不同段的主缆540，所述段 有助于将大量转发器30置于建筑物基础设施500中。图U为主缆 540的实施例的示意图。主缆540包括携载来自中心前端站210的所 有上行链路和下行链路光缆378和380 (图8)的立段542。主缆540 包括适于将所选下行链路和上行链路光缆378和380连同电源线168 一起连接到多根光缆220的一个或多个多缆(MC)连接器550。在 实施例中，MC连接器550包括分开的多个光缆端口 420，光缆220 包括匹配连接器422。在实施例中，立段542包括共72根下行链路
18和72根上行链路光纤136D和136U， 12根光缆220中的每一根携载 6根下行链路和6根上行链路光纤。
主缆540使多根光缆220能遍布建筑物基础设施500分布(如固 定到天花板512、 522和532)以对第一、第二和第三层501、 502和 503提供扩大的微微蜂窝覆盖区44。 MC连接器550的类型为用于连 接光电信系统中的输入和输出光缆的"接插板"。
在多段成缆540的实施例中，来自电源160的电源线168从中心 前端站210通过立段542敷设并在MC连接器550分到光缆220。在 备选实施例中，在每一MC连接器550单独提供电源，由虚线框电源 160和虚线电源线168指示。
在实施例中，中心前端站210和电源160位于建筑物基础设施 500内(如在储藏室或控制室中)，而在另一实施例中，其位于建筑 物外面的远地位置。
本发明的实施例包括对不同楼层调整或设计微微蜂窝覆盖区44 以适合特定需要。图12为建筑物基础设施500的第二层502的"自 上向下"示意图，其示出了从MC连接器5 50分出并在天花板522上 延伸的三根光缆220。与转发器30 (未在图12中示出)相关联的微 微蜂窝小区40形成覆盖第二层502的扩大的微微蜂窝覆盖区44，其 微微蜂窝小区比第一和第三层501和503 (图10)更少、更大。当不 同的楼层具有不同的无线需要时，这样的不同微微蜂窝覆盖区44是 合乎需要的。例如，如果第三层503用于储存需要经RFID标签290 (图4)进行盘存和跟踪的物品时，则其需要相对密集的微微蜂窝小 区覆盖，所述RFID标签在本发明中可视为简单的客户设备44。同样， 第二层502可能是办公区，其需要更大但更少的微微蜂窝小区以提供 移动电话服务和WLAN覆盖。
V.优点和应用
支持多种服务
本发明的系统对服务单元50提供的RF服务的类型透明。在实 施例中，所述系统提供支持的频带或多个频带。可在所述频带内及设计功率和动态范围内运行的任何服务均可被提供。多种服务可由同一 频带或不同频带支持。本发明系统的实施例支持IMS和UNII频带， 但也可采用这些频带的子集或另外的频带。在实施例中，支持得到许 可的频带以实施移动信号分布。
在实施例中，在第一服务被建立和运行之后向系统增加一个或多 个服务(如通过添加新的服务单元50)。
分布式天线系统(DAS)
本发明系统可用作在部分或所有微微蜂窝小区中传输相同信号
的分布式天线系统(DAS)。这可通过在下行链路和上行链路复用器 处进行RF信号拆分(及放大)以使相同信息能传到不同转发器而实 现。在实施例中，该特征仅应用于部分服务。例如，来自一个服务单 元(或服务提供商)的WLAN高速数据传输被提供给每一微微蜂窝 小区，数据流分开以确保高吞吐率，同时通过重复移动服务单元(或 服务提供商)提供的移动信号而实施移动DAS系统。在实施例中， 移动DAS以不同的频带实施并独立于WLAN服务信号分布运行。
在另一实施例中，WLAN服务初始分配给几个微微蜂窝小区如 DAS，当数据吞吐率要求增加时(例如由于越来越多的用户造成网络 使用的增加)，经编程控制器250或增加硬件而重新配置中心前端站 210以服务于各个微微蜂窝小区。不需要对转发器或光纤成缆硬件进 行修改。所有频率分配和功率设置均在中心前端站进行配置。同样， 对服务的更新(如802.11标准的进一步开发)通过系统进行，无须 修改分布式硬件，所有要求的变化均在中心前端站进行。可在任何时 间向系统添加不同的无线服务提供商或将其去除。
微微蜂窝小区大小
在本发明中，微微蜂窝小区大小主要受限于转发器30的传播特 性。采用的具体微微蜂窝小区大小由具体的应用确定。在实施例中， 微微蜂窝小区中的每一个的大小适于覆盖所选类型的区域，如小会议 室、或办公区中的一群小房间。例如，这样的微微蜂窝小区覆盖确保 WLAN应用的高吞吐率。应注意，预期微微蜂窝小区大小可用于确
20定光缆中的转发器之间的间隔。直径小于6米的微微蜂窝小区在某些 情况下可检验在仅有有限数量的频带可用时由共通道干扰引起的问 题。
在实施例中，系统不是访问每一转发器30而是访问所选转发器
30 (如每隔一转发器)并提升电信号SD的功率以产生更大的微微蜂 窝小区40从而获得实质上同样大小的微微蜂窝覆盖区44。
很显然，在不背离本发明精神和范围的情况下，本领域技术人员 可进行多种修改和变化。因此，如果对本发明的修改和变化在所附权 利要求及其等效方案的范围内，则本发明覆盖这些修改和变化。
权利要求
1、用于与一个或多个客户设备无线通信的集中式基于光纤的无线微微蜂窝系统，包括布置在中心位置的多个服务单元；在中心位置处的多个电光E/O转换器和光电O/E转换器，这些转换器经相应的一个或多个下行链路复用器和一个或多个上行链路复用器电连接到所述服务单元；多个转发器，每一转发器经相应的光纤射频通信链路光连接到所述中心位置处的一个E/O转换器和一个O/E转换器；及其中每一转发器形成微微蜂窝小区，该微微蜂窝小区经对应的光纤射频通信链路将一个、部分或所有服务单元置于与给定微微蜂窝小区内的一个或多个客户设备射频通信。
2、 根据权利要求1的系统，其中每一光纤射频通信链路包括下 行链路光纤和上行链路光纤，且其中所述转发器沿一根或多根光缆间 隔开排列，每一光缆由下行链路和上行链路光纤组成。
3、 根据权利要求2的系统，其中每一转发器由通过每一光缆的 电源线供电。
4、 根据权利要求1的系统，其中所述服务单元适于处理电射频 信号，其中所述处理包括选自下组的一个或多个处理(a)将从电 射频信号提取的信息发送给一个或多个外面的网络及接收所述信息；(b)在所述一个或多个外面的网络之间传送电射频信号；及(C)在一个或多个微微蜂窝小区内的客户设备之间导控电射频信号。
5、 根据权利要求1的系统，其中至少一服务单元是或包括无线 局域网WLAN服务单元、移动电话服务单元、或射频识别RFID服 务单元。
6、 根据权利要求1的系统，其中每一下行链路复用器和每一上 行链路复用器包括适于在所述服务单元和所述转发器之间协调通信 的信号导控元件。
7、 根据权利要求1的系统，其中所述转发器组合在建筑物基础 设施中使得所述微微蜂窝小区相对于建筑物基础设施形成微微蜂窝 覆盖区。
8、 根据权利要求7的系统，还包括多根光缆，每一光缆包括多个光纤射频通信链路及相应数量的转 发器；及包括所有所述光纤射频通信链路及一个或多个多缆连接器的主 缆，每一多缆连接器适于光连接一根或多根光缆以有助于相对于建筑 物基础设施分布转发器。
9、 用于与一个或多个客户设备无线通信的集中式基于光纤的无线微微蜂窝系统，该系统包括具有一个或多个服务单元的集中式前端站；一个或多个转发器，每一转发器适于将光射频服务信号转换为由 相应转发器形成的微微蜂窝小区传输的电磁射频服务信号，反之亦然；一个或多个光纤射频通信链路，其将一个或多个转发器光连接到 一个或多个服务单元中的每一个；其中所述一个或多个服务单元在一个或多个光纤射频通信链路 上将服务信号发送给一个或多个转发器，使得一个或多个转发器在相 应的一个或多个光纤射频通信链路上传输和接收电磁服务信号并将 给定微微蜂窝小区内的一个或多个客户设备发射的服务信号转回给 一个或多个服务单元。
10、 根据权利要求9的系统，其中每一光纤射频通信链路包括下 行链路光纤和上行链路光纤，且每一光纤的一端连接到电光E/0转换 器、另一端连接到光电0/E转换器。
11、 根据权利要求9的系统，其中一个或多个转发器沿包括所述 一个或多个光纤射频通信链路的光缆排列。
12、 根据权利要求ll的系统，其中光缆布置在建筑物基础设施 内以在所述建筑物基础设施内提供微微蜂窝覆盖区。
13、 根据权利要求9的系统，其中所述服务单元选自下组无线 网络服务单元、移动电话服务单元、及射频识别RFID服务单元。
14、 根据权利要求9的系统，包括用于在服务单元和转发器之间提供选择性通信的多路复用装置。
15、 与一个或多个客户设备通信的、基于光纤的无线微微蜂窝方 法，该方法包括在相应的一个或多个光纤射频通信链路上将来自中心前端站中 的至少一服务单元的服务信号发送给一个或多个转发器，从而在一个或多个转发器形成的一个或多个相应微微蜂窝小区上传输服务信号；在一个或多个微微蜂窝小区内经这些微微蜂窝小区的转发器检测由任何客户设备发射的电磁服务信号；及在相应的一个或多个光纤射频通信链路上将所接收的服务信号 传给中心前端站处的一个或多个服务单元。
16、 根据权利要求15的方法，包括沿包括每一转发器的光纤射 频通信链路的光缆间隔开排列部分或所有转发器。
17、 根据权利要求16的方法，包括采用多根光缆创建向一个、 一些或所有微微蜂窝小区提供一个以上无线服务的微微蜂窝覆盖区。
18、 根据权利要求17的方法，包括在建筑物基础设施内分布多 根光缆以相对于建筑物基础设施创建微微蜂窝覆盖区。
19、 根据权利要求16的方法，包括用每一光缆内的电源线对每 一转发器供电。
20、 根据权利要求15的方法，其中发送服务信号包括通过一个 或多个服务单元使服务信号从外面的网络传到多个转发器中的一个 或多个。
全文摘要
本发明公开了集中式基于光纤的无线微微蜂窝系统，该系统包括在中心前端站处的一个或多个服务单元。所述一个或多个服务单元经相应的一个或多个光纤RF通信链路光连接到一个或多个转发器。转发器中的每一个适于在相关微微蜂窝小区内提供来自不同服务单元的电磁RF服务信号，及从微微蜂窝小区内的任何客户设备接收电磁RF服务信号。来自特定客户设备的服务信号在光纤RF通信链路上发送回到一个或多个服务单元。转发器沿一根或多根光缆的长度排列，所述光缆可遍布建筑物基础设施分布。这产生相对于建筑物基础设施提供多种不同无线服务的微微蜂窝覆盖区。服务单元可产生电服务信号、将所述信号在一个或多个外面的网络之间传递、和/或在微微蜂窝覆盖区内的客户设备之间协调信号传送。
文档编号H04B10/12GK101467368SQ200780022114
公开日2009年6月24日 申请日期2007年6月11日 优先权日2006年6月12日
发明者M·N·伊斯顿, M·索尔 申请人:康宁光缆系统有限公司